全国版2021高考化学一轮复习题型突破12物质的制备及定量分析实验课件 49页

化学实验基础及其综合应用 第十章 题型突破 12 　　物质的制备及定量分析实验 物质制备实验和定量分析实验是高考的经典题型，其中物质制备类实验题常考查到物质制备的原理、仪器的选用和基本操作、实验步骤的设计、反应条件的控制、物质的分离和提纯等常见考点，但命题形式灵活，其中明确实验目的，理解反应原理，熟悉物质的性质和仪器的用途是解题的关键；定量分析类实验题通常以物质含量的测定，物质成分的定量分析等为命题角度，其实定量分析大都可以归结到根据化学反应或对物质分离提纯后物质质量、气体体积、溶液浓度的测定上，解题的关键是理解测定原理、分析数据的关联性，排除误差进行计算。这两类实验题能够很好地考查学生的基本实验技能和探究能力，以及培养创新意识，是近几年来命题的热点，在复习备考中要引起高度重视。 栏 目 导 航 类型一　物质的制备实验 　 类型二　定量分析实验 　 1 ． 无机物的制备实验 (1) 物质制备流程 类型一　物质的制备实验 (2) 选用仪器及连接顺序 (3) 操作先后流程 ①加入试剂时：先固后液。 ②实验开始时：先检查装置气密性，再加药品，然后点酒精灯。 ③净化气体时：一般先除去有毒、有刺激性气味的气体，后除去无毒、无味的气体，最后除水蒸气。 ④防倒吸实验：往往是最后停止加热或停止通气。 ⑤防氧化实验：往往是最后停止通气。 (4) 有气体参与实验中应注意的事项 ①爆炸：可燃性气体的点燃、不纯气体受热、气体导管堵塞导致。 ②炸裂：玻璃仪器的骤冷骤热、受热不均等导致。 ③倒吸：气体在用液体吸收或与液态试剂反应时，由于极易溶解或反应导致。 ④堵塞：生成的蒸气易凝结、生成气体的同时产生粉尘等导致。 ⑤空气污染：生成的气体有毒，缺少尾气处理措施或措施不当导致。 2 ． 有机物的制备实验 (1) 把握制备过程 (2) 盘点常用仪器 (3) 熟悉常考问题 ①有机物易挥发，因此在反应中通常要采用冷凝回流装置，以减少有机物的挥发，提高原料的利用率和产物的产率。 ②有机反应通常都是可逆反应，且易发生副反应，因此常使某种价格较低的反应物过量，以提高另一反应物的转化率和产物的产率，同时在实验中需要控制反应条件，以减少副反应的发生。 ③根据产品与杂质的性质特点选择合适的分离提纯方法，如蒸馏、分液等。 (4) 注意实验要点 ①温度计水银球的位置：若要控制反应温度，应插入反应液中，若要选择收集某温度下的馏分，则应放在支管口附近。 ②冷凝管的选择：球形冷凝管只能用于冷凝回流，直形冷凝管既能用于冷凝回流，又能用于冷凝收集馏分。 ③冷凝管的进出水方向：冷却水下口进上口出。 ④加热方式的选择：若对温度控制要求不太严格时可采用酒精灯加热，若对温度控制较严格时可采用浴热，低于 100℃ 用水浴加热，若高于 100℃ 用油浴加热。 ⑤防暴沸：烧瓶内要加沸石，防止加热时溶液暴沸，若开始忘加沸石，需冷却后补加。 1 ． (2018 全国卷 Ⅰ ， 26) 醋酸亚铬 [(CH 3 COO) 2 Cr · 2H 2 O] 为砖红色晶体，难溶于冷水，易溶于酸，在气体分析中用作氧气吸收剂。一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂，将三价铬还原为二价铬；二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。实验装置如图所示。回答下列问题： (1) 实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却，目的是 ________________ 。仪器 a 的名称是 ____________________ 。 (2) 将过量锌粒和氯化铬固体置于 c 中，加入少量蒸馏水，按图连接好装置。打开 K 1 、 K 2 ，关闭 K 3 。 ① c 中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色，该反应的离子方程式为 ___________________________________ 。 ②同时 c 中有气体产生，该气体的作用是 ____________________ 。 去除水中溶解氧 　 分液 ( 或滴液 ) 漏斗 　 Zn ＋ 2Cr 3 ＋ ===Zn 2 ＋ ＋ 2Cr 2 ＋ 　 排除 c 中空气 　 (3) 打开 K 3 ，关闭 K 1 和 K 2 。 c 中亮蓝色溶液流入 d ，其原因是 _____________________________ ； d 中析出砖红色沉淀。为使沉淀充分析出并分离，需采用的操作是 ____________ 、 ________ 、洗涤、干燥。 (4) 指出装置 d 可能存在的缺点 ________________________________________ 。 c 中产生 H 2 使压强大于大气压 　 ( 冰浴 ) 冷却 　 过滤 　 敞开体系，可能使醋酸亚铬与空气接触 　 解析　 (1) 由题给信息， [(CH 3 COO) 2 Cr·2H 2 O] 在气体分析中用作 O 2 吸收剂，说明 Cr 2 ＋ 具有强还原性，易被 O 2 氧化，故所用蒸馏水需经煮沸除去其中的 O 2 ，以免影响 [(CH 3 COO) 2 Cr·2H 2 O] 的制备。由仪器的结构特点可知， a 为分液 ( 或滴液 ) 漏斗。 (2)①Z n 将 Cr 3 ＋ 还原为 Cr 2 ＋ ，离子方程式为 Zn ＋ 2Cr 3 ＋ ===Zn 2 ＋ ＋ 2Cr 2 ＋ 。② Zn ＋ 2H ＋ ===Zn 2 ＋ ＋ H 2 ↑ ， H 2 起到排除 c 中空气的作用，以防 Cr 2 ＋ 被氧化。 (3) 过量的 Zn 与盐酸反应放出大量的 H 2 ，使装置 c 中压强增大，关闭 K 1 和 K 2 ，打开 K 3 时，溶液被压入装置 d 。由题给信息知， [(CH 3 COO) 2 Cr·2H 2 O] 难溶于冷水，因此应用冰浴冷却，以便于 [(CH 3 COO) 2 Cr·2H 2 O] 析出，再将沉淀过滤、洗涤、干燥即可。 (4) 装置 d 的缺点是该装置与大气直接相通，空气中的 O 2 易将 [(CH 3 COO) 2 Cr·2H 2 O] 氧化。 2 ． (2017 · 江苏卷， 21B) 1 －溴丙烷是一种重要的有机合成中间体，沸点为 71 ℃ ，密度为 1.36 g · cm － 3 。实验室制备少量 1 －溴丙烷的主要步骤如下： 步骤 1 ：在仪器 A 中加入搅拌磁子、 12 g 正丙醇及 20 mL 水，冰水冷却下缓慢加入 28 mL 浓 H 2 SO 4 ；冷却至室温，搅拌下加入 24 g NaBr 。 步骤 2 ：如下图所示搭建实验装置，缓慢加热，直到无油状物馏出为止。 步骤 3 ：将馏出液转入分液漏斗，分出有机相。 步骤 4 ：将分出的有机相转入分液漏斗，依次用 12 mL H 2 O 、 12 mL 5%Na 2 CO 3 溶液和 12 mL H 2 O 洗涤，分液，得粗产品，进一步提纯得 1 －溴丙烷。 (1) 仪器 A 的名称是 ___________ ；加入搅拌磁子的目的是搅拌和 __________ 。 (2) 反应时生成的主要有机副产物有 2 －溴丙烷和 ______________ 。 (3) 步骤 2 中需向接受瓶内加入少量冰水并置于冰水浴中的目的是 _______________________ 。 (4) 步骤 2 中需缓慢加热使反应和蒸馏平稳进行，目的是 ________________ 。 (5) 步骤 4 中用 5% Na 2 CO 3 溶液洗涤有机相的操作：向分液漏斗中小心加入 12 mL 5% Na 2 CO 3 溶液，振荡， ________________________________________ ，静置，分液。 蒸馏烧瓶 防止暴沸 丙烯、正丙醚 减少 1 －溴丙烷的挥发 减少 HBr 挥发 将分液漏斗下口向上倾斜、打开活塞排出气体 解析　 (1) 仪器 A 是蒸馏烧瓶；加入搅拌磁子的作用与沸石相似，其目的是搅拌和防止暴沸。 (2) 正丙醇在浓硫酸、加热条件下可发生分子内消去反应生成丙烯，也可以发生分子间脱水反应 ( 取代反应 ) 生成正丙醚，故反应时生成的副产物还有丙烯和正丙醚。 (3)1 －溴丙烷的沸点为 71℃ ，加热时易挥发。步骤 2 中需向接受瓶内加入少量冰水并置于冰水浴中，其目的是减少 1 －溴丙烷的挥发。 (4) 步骤 2 中需缓慢加热使反应和蒸馏平稳进行的目的是减少 HBr 的挥发。 (5) 洗涤时加入洗涤剂需振荡，在振荡的过程中可能会产生气体，故需要将产生的气体排出，其操作是将分液漏斗下口向上倾斜、打开活塞排出气体。 1 ． (2019 · 山东烟台联考 ) 二氯化二硫 (S 2 Cl 2 ) 在工业上用于橡胶的硫化，还可以作为贵金属的萃取剂。可由硫和氯气在 100 ～ 110℃ 直接化合而成。实验室用以下装置制备 S 2 Cl 2 并对尾气进行回收利用。已知 S 2 Cl 2 的熔点：－ 77℃ ，沸点： 137℃ 。 S 2 Cl 2 遇水剧烈反应。 (1) 反应前必须进行的操作是： __________________ 。 (2) 写出装置 A 中发生反应的离子方程式： ______________________________________________________________ 。 (3)B 中所装试剂名称为 ________ ， 其作用是 __________ 。 (4) 通入 N 2 的目的是 ___________________________________________ 。 A 、 B 装置中的空气可以通过控制 K 2 、 K 3 来去除，具体方法为 __________________________ ______________________________________ 。 检查装置气密性 浓硫酸 干燥氯气 排尽装置中的空气，防止硫加热时与氧气反应 关闭 K 2 打开 K 3 ，当 B 装置 上方充满黄绿色气体时，关闭 K 3 打开 K 2 (5) S 2 Cl 2 遇水会生成淡黄色单质、一种能使品红溶液褪色的气体化合物和酸雾，写出该反应的化学方程式 ______________________________________ 。 (6) 实验时， D 装置开始需要油浴加热一段时间，之后停止加热，仅需通入氯气即可。则生成二氯化二硫的反应为 ________( 填 “ 放热 ” 或 “ 吸热 ” ) 反应。 (7) 该装置由于存在缺陷，使制得的二氯化二硫可能不纯，简述改进方法 _______________________________________________________________________________________ 。 2S 2 Cl 2 ＋ 2H 2 O===SO 2 ↑ ＋ 3S↓ ＋ 4HCl 放热 在 D 与 E 之间增加 1 个装有无水氯化钙 ( 或五氧化二磷或硅胶 ) 的干燥管或装有浓硫酸的洗气瓶 (5)S 2 Cl 2 遇水会生成淡黄色单质为 S 、一种能使品红溶液褪色的气体化合物为二氧化硫和酸雾为氯化氢，反应的化学方程式为，故答案为： 2S 2 Cl 2 ＋ 2H 2 O===SO 2 ↑ ＋ 3S ↓ ＋ 4HCl ； (6) 实验时， D 装置开始需要油浴加热一段时间，之后停止加热，仅需通入氯气即可，说明生成二氯化二硫的反应为放热反应； (7)S 2 Cl 2 遇水剧烈反应，反应装置中， E 中的水蒸气可以通过导管进入 D 中，使制得的二氯化二硫不纯，改进方法为在 D 与 E 之间增加 1 个装有无水氯化钙 ( 或五氧化二磷或硅胶 ) 的干燥管或装有浓硫酸的洗气瓶。 (1) 仪器组装完毕后，首先应进行的操作是 ___________________ 。 (2) 装置 A 是用于实验室制取 NH 2 COONH 4 的原料气体之一，该反应的化学方程式为 _____________________________________________ 。 (3) 装置 F 中试剂的名称为 __________ ，装置 G 的作用为 ____________________________ 。 (4) 为提高原料气的利用率，应控制装置 C 和 E 中最佳鼓泡速率比为 ________ ，装置 D 采用冰水浴的原因为 _________________________________________________ ______________________________________ 。 检查装置气密性 　 浓硫酸 除去 CO 2 中混有的 HCl 杂质 2∶1 降低温度，有利于提高反应物的转化率 ( 或降低温度，防止因反应放热造成 NH 2 COONH 4 分解 ) (5) 生成的氨基甲酸铵悬浮于 CCl 4 中，下列操作可实现产品分离的是 ______ 。 (6) 实验装置中存在明显不足之处的是 ______________________ ，有同学认为装置 H 、 G 和 F 组成的装置过于复杂可简化，请简述该方法： ______________________________________ 。 C 缺少尾气处理装置　 采用干冰升华直接制取纯净干燥的 CO 2 1 ． 掌握五种数据的测定方法 (1) 测沉淀质量法 先将某种成分转化为沉淀，然后称量纯净、干燥的沉淀的质量，再进行相关计算。 类型二　定量分析实验 (2) 测气体体积法 对于产生气体的反应，可以通过测定气体体积的方法测定样品纯度。 常见的量气装置： A 是常规的量气装置， B 、 C 、 D 是改进后的量气装置。 (3) 测气体质量法 将生成的气体通入足量的吸收剂中，通过称量实验前后吸收剂的质量，求得所吸收气体的质量，然后进行相关计算。 (4) 滴定法 即利用滴定操作原理，通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原反应滴定等获得相应数据后再进行相关计算。 (5) 热重法 只要物质受热时发生质量变化，都可以用热重法来研究物质的组成。热重法是在控制温度的条件下，测量物质的质量与温度关系的方法。通过分析热重曲线，我们可以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定性、热分解情况及生成产物等与质量相联系的信息。 2 ． 明确常考的定量实验 (1) 一定物质的量浓度溶液的配制与溶液稀释的操作方法和简单计算； (2) 酸碱中和滴定的操作方法与滴定曲线的绘制； (3) 中和热的测定原理、方法； (4) 硫酸铜晶体中结晶水含量的测定； (5) 物质的质量、液体或气体体积、溶液 pH 的测定方法，其他定量实验的数据处理等。 3 ． 掌握常见考查方法 从高考命题来看，定量实验主要包含两种类型：一是含量测定，二是物质组成测定。这些测定都是以上五大定量实验知识的迁移和应用，主要包含定量实验原理、数据处理、误差分析等。实验设计中的误差分析，可从两方面来考虑，一是外界环境 (H 2 O 、 CO 2 、 O 2 等 ) 对该实验的影响而产生误差；二是实验操作中，由于操作不当引起的误差。如果是分析最终结果的误差，应通过最后得出的表达式来观察哪些物理量发生了变化，从而得出实际误差情况。 3 ． (2017 · 全国卷 Ⅰ ， 26) 凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。已知 ： NH 3 ＋ H 3 BO 3 ===NH 3 · H 3 BO 3 ； NH 3 · H 3 BO 3 ＋ HCl===NH 4 Cl ＋ H 3 BO 3 。 回答下列问题： (1)a 的作用是 _______________________ 。 (2)b 中放入少量碎瓷片的目的是 _______________ 。 f 的名称是 _____________ 。 (3) 清洗仪器： g 中加蒸馏水；打开 k 1 ，关闭 k 2 、 k 3 ，加热 b ，蒸气充满管路；停止加热，关闭 k 1 ， g 中蒸馏水倒吸进入 c ，原因是 ____________________________ ；打开 k 2 放掉水。重复操作 2 ～ 3 次。 避免 b 中压强过大 防止暴沸　 直形冷凝管 c 中温度下降，管路中形成负压 (4) 仪器清洗后， g 中加入硼酸 (H 3 BO 3 ) 和指示剂。铵盐试样由 d 注入 e ，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗 d ，关闭 k 3 ， d 中保留少量水。打开 k 1 ，加热 b ，使水蒸气进入 e 。 ① d 中保留少量水的目的是 _______________________ 。 ② e 中主要反应的离子方程式为 ____________________________________ ， e 采用中空双层玻璃瓶的作用是 ____________________ 。 (5) 取某甘氨酸 (C 2 H 5 NO 2 ) 样品 m g 进行测定，滴定 g 中吸收液时消耗浓度为 c mol · L － 1 的盐酸 V mL ，则样品中氮的质量分数为 ________% ，样品的纯度≤ ________% 。 液封，防止氨气逸出 保温使氨完全蒸出 回答下列问题： (1) 取水样时应尽量避免搅动水体表面，这样操作的主要目的是 ____________________________________________________ 。 (2) “ 氧的固定 ” 中发生反应的化学方程式为 ________________________________ 。　　　　　 (3)Na 2 S 2 O 3 溶液不稳定，使用前需标定。配制该溶液时需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、试剂瓶和 ______ ；蒸馏水必须经过煮沸、冷却后才能使用，其目的是杀菌、除 ______ 及二氧化碳。 使测定值与水体中的实际值保持一致，避免产生误差 2Mn(OH) 2 ＋ O 2 ===2MnO(OH) 2 量筒 氧气 (4) 取 100.00 mL 水样经固氧、酸化后，用 a mol · L － 1 Na 2 S 2 O 3 溶液滴定，以淀粉溶液作指示剂，终点现象为 _______________________________________________ ____________________ ； 若消耗 Na 2 S 2 O 3 溶液的体积为 b mL ，则水样中溶解氧的含量为 _____mg · L － 1 。 (5) 上述滴定完成时，若滴定管尖嘴处留有气泡会导致测定结果偏 ______ 。 ( 填 “ 高 ” 或 “ 低 ” ) 解析　 本题采用碘量法测定水中的溶解氧的含量，属于氧化还原滴定。 (2) 根据氧化还原反应原理， Mn(OH) 2 被氧气氧化为 MnO(OH) 2 ，由此可得方程式 2Mn(OH) 2 ＋ O 2 ===2MnO(OH) 2 。 当最后一滴标准液滴入时，溶液由蓝色变为无色， 且半分钟内无变化 80 ab 低 (3) 一定物质的量浓度溶液的配制还需要量筒；加热可以除去溶解的氧气，避免实验结果不准确。 (4) 该实验用硫代硫酸钠标准液滴定 I 2 ，因此终点现象为当最后一滴标准液滴入时，溶液由蓝色变为无色，且半分钟内无变化； 根据关系式 O 2 ～ 2MnO(OH) 2 ～ 2I 2 ～ 4Na 2 S 2 O 3 可得水样中溶解氧的含量为 [( ab × 10 － 3 ) mol÷4 × 32 g · mol － 1 × 10 3 mg · g － 1 ] ÷0.1 L ＝ 80 ab mg · L － 1 。 (5) 终点读数时有气泡，气泡占据液体应占有的体积，会导致测得的消耗的 Na 2 S 2 O 3 体积偏小，最终结果偏低。 4 ． (2019 · 福建厦门质检 ) 为测定某氟化稀土样品中氟元素的质量分数进行如下实验。利用高氯酸 ( 高沸点酸 ) 将样品中的氟元素转化为氟化氢 ( 低沸点酸 ) 蒸出，再通过滴定测量。实验装置如图所示。 (1)a 的作用是 ___________ ， d 的名称是 _______________ 。 (2) 检查装置气密性： _________________________________( 填操作 ) ，关闭 k ，微热 c ，导管 e 末端有气泡冒出；停止加热，导管 e 内有一段稳定的水柱，说明装置气密性良好。 (3)c 中加入一定体积高氯酸和 m g 氟化稀土样品， f 中盛有滴加酚酞的 NaOH 溶液。加热 b 、 c ，使 b 中产生的水蒸气进入 c 。 ①下列物质可代替高氯酸的是 ________( 填序号 ) 。 A ．硝酸 B ．盐酸　 C ．硫酸 D ．磷酸 平衡压强 直形冷凝管 在 b 和 f 中加水，水浸没 a 和 e 的末端 CD ② 实验中除有 HF 气体外，可能还有少量 SiF 4 ( 易水解 ) 气体生成。若有 SiF 4 生成，实验结果将 ____________ ( 填 “ 偏高 ”“ 偏低 ” 或 “ 不受影响 ” ) 。 ③若观察到 f 中溶液红色褪去，需要向 f 中及时补加 NaOH 溶液，否则会使实验结果偏低，原因是 ____________________________________________ 。 (4) 向馏出液中加入 V 1 mL c 1 mol · L － 1 La(NO 3 ) 溶液，得到 LaF 3 沉淀，再用 c 2 mol · L － 1 EDTA 标准溶液滴定剩余 La 3 ＋ (La 3 ＋ 与 EDTA 按 1∶1 络合 ) ，消耗 EDTA 标准溶液 V 2 mL ，则氟化稀土样品中氟的质量分数为 __________________________ 。 (5) 用样品进行实验前，需要用 0.084 g 氟化钠代替样品进行实验，改变条件 ( 高氯酸用量、反应温度、蒸馏时间 ) ，测量并计算出氟元素质量，重复多次。该操作的目的是 ___________________ 。 不受影响 充分吸收 HF 气体，防止其挥发损失 寻找最佳实验条件 解析　 (1)a 的作用是平衡压强，防止圆底烧瓶中压强过大，引起爆炸， d 的名称是直形冷凝管； (2) 检查装置气密性在 b 和 f 中加水，水浸没 a 和 e 的末端； (3)① 利用高氯酸 ( 高沸点酸 ) 将样品中的氟元素转化为氟化氢 ( 低沸点酸 ) 蒸出， A ．硝酸易挥发，故 A 错误； B ．盐酸易挥发，故 B 错误； C ．硫酸难挥发，沸点高，故 C 正确； D ．磷酸难挥发，沸点高，故 C 正确。②实验中除有 HF 气体外。可能还有少量 SiF 4 ( 易水解 ) 气体生成 HF ，若有 SiF 4 生成，实验结果将不受影响；③若观察到 f 中溶液红色褪去，需要向 f 中及时补加 NaOH 溶液，否则会使实验结果偏低，原因是充分吸收 HF 气体，防止其挥发损失； 定量分析实验中数据的筛选 一看数据是否符合测量仪器的精度特点，如用托盘天平测得的质量的精度为 0.1 g ，若精度值超过了这个范围，说明所得数据是无效的； 二看数据是否在误差允许范围内，若所得的数据明显超出误差允许范围，要舍去； 三看反应是否完全，是否是过量反应物作用下所得的数据，只有完全反应时所得的数据，才能进行有效处理和应用； 四看所得数据的测试环境是否一致，特别是气体体积数据，只有在温度、压强一致的情况下才能进行比较、运算； 五看数据测量过程是否规范、合理，错误和违反测量规则的数据需要舍去。